JPWO2013047799A1 - 物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスならびにこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、物理・化学センサにかかる本発明の第1の実施形態を示す図である。この図1(a)に示すように、フォトダイオード1の受光面が形成されている領域1aに対向して膜部2が設けられており、この受光領域1aと膜部2との間に中空部3が形成され、ファブリペロー共振器が構成されている。膜部2は、物質(分子等)を固定できる材料で形成され、少なくとも外側表面4aにおいて、膜部2の外方に存在する物質を固定できるように構成されている。また、膜部2は、作製過程において、開口する部分が存在しているが、この開口部分は被覆され、中空部3は周囲と遮断された状態となっている。なお、中空部3の遮断は、膜部2の側から物質(分子等)が容易に中空部3の内部に侵入しない程度の状態であり、この遮断状態を気密的にすることにより、中空部3の内部に気体が流入することがなく、膜部2が物質(分子等)を固定できる材料で構成した場合においても、膜部2の内側表面に物質が固定されることはない。また、当該遮断状態が水密的であれば、液体が中空部3の内部に流入することはなく、固定された物質を除去する場合などにおいて、液体を使用することも可能となる。同時に、液体に含まれる分子等が膜部2の内側表面に固定されることもない。なお、フォトダイオード1には、電極5,6が設けられ、バイアス電圧が印加されている。
次に、物理・化学センサにかかる第2の実施形態について説明する。図2は、本実施形態を示す図である。この図2(a)に示すように、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、フォトダイオード1の受光面1aには、これに対向して膜部2が設けられ、かつ、中間に中空部3が形成されて、ファブリペロー共振器が構成されている。本実施形態では、膜部2の表面に分子固定膜4が積層された構成である。従って、膜部2と分子固定膜4とを異なる材料で形成することができるものである。そこで、膜部2としては、パリレンNまたはパリレンCがある。この種のポリキシリレン系ポリマーは、光透過率が高く、ヤング率も低いことから、ファブリペロー共振器を形成しつつ、表面応力によって容易に変形させることが可能となる。
上記物理・化学センサは、1個単独のものについてのみ説明したが、同一基板上に複数のフォトダイオード1を形成し、その各フォトダイオード1に対して、中空部3を形成しつつ膜部2を設けることにより、複数のセンサを有するセンサアレイとすることができる。そこで、センサアレイの実施形態を次のとおり例示する。
次に、物理・化学現象センシングデバイスにかかる発明の実施形態について説明する。物理・化学現象センシングデバイスは、前述の物理・化学センサを使用するものであって、ファブリペロー共振器を構成させた上記物理・化学センサ(検出センサ)と、ファブリペロー共振器を構成しない参照センサとで構成されている。図4はその第1の実施形態を示す図である。この図に示すように、本実施形態は、同一の基板Bに、検出センサ100と、参照センサ200とが作製されている。検出センサ100は、前述の第1の実施形態と同様に、フォトダイオード101の受光領域101aに対して、中空部103を形成しつつ膜部102が設けられ、ファブリペロー共振器が構成されている。他方、参照センサ200は、膜部2がフォトダイオード201の受光領域201aとの間に中空部を形成せずに積層された状態で設けられているのである。この参照センサ200に形成される膜部202は、検出センサ100と同種の材料により構成され、検出センサ100の膜部102と同様に、参照センサ200の膜部202の外部表面204aにおいて特定に物質を固定できるようになっている。なお、図中のPMは、検出センサ100に中空部103を形成する際に使用するエッチングガスからフォトダイオードを保護するための保護膜であり、通常は、熱酸化により形成されるものである(後述の製造方法にかかる実施形態参照)。
さらに、物理・化学現象センシングデバイスの第2の実施形態を説明する。図6は、本実施形態を示す図である。この図に示すように、本実施形態は、検出センサ300の構成を、前述の物理・化学センサにかかる第2の実施形態(図2参照)のように、膜部302の表面に分子固定膜304を積層したものである。これに伴って、参照センサ400についても、膜部402の表面に分子固定膜404が積層されている。このように、膜部302,402の表面に分子固定膜304,404を積層することにより、当該分子固定膜304,404の材質を適宜選択することにより、検出センサ300を水素、生体高分子または抗体等を検出するためのセンサに構成することができる。そして、参照センサ400も同種の構成とすることにより、検出センサ300により検出される光透過率の変化のうち、物質が固定されたことを原因とする変化の有無および程度を検出することができることとなる。
図7は、第2の実施形態(図6)において、参照センサ400の受光面401aに積層させる保護膜PM、膜部402および分子固定膜404を除去したものを示す。この図に示すように、参照センサ400の受光面401aには光源Lから照射された光を遮るものが存在しないものであり、当該光を十分に受光し得る。そして、検出センサ300に供給される気体または液体と同じものが参照センサ400に供給されるとき、当該液体等が透明な場合には、その光量が減少することがなく受光することとなり、これに対して、液体等が不透明または着色されたものである場合には、受光する光量が減少することとなり、その変化を顕著に検出することが可能となるのである。このことは、図示しないが、第1の実施形態(図4)における保護膜PMおよび膜部202を除去した場合も同様である。
次に、前記物理・化学センサの製造方法について説明する。図9および図10は、製造方法にかかる第1の実施形態を示す図である。まず、所定の半導体プロセスにより、フォトダイオード1を作製する。このフォトダイオード1の表面は、保護のためにシリコン酸化膜が形成されていることから、このシリコン酸化膜はそのまま残存させてもよいが、これをエッチングにより除去した構成でもよい。その後、フォトダイオード1の表面に保護膜PMを形成する(図9(a))。この保護膜PMは、熱酸化によりシリコン酸化膜を形成するものであるが、前記半導体プロセス時に形成されるシリコン酸化膜よりも厚肉の状態に形成されるものである。従って、半導体プロセスによって形成されるシリコン酸化膜に積層させる場合であっても、当該シリコン酸化膜を除去した後に所定の肉厚のシリコン酸化膜を形成させる場合であってもよい。なお、この保護膜PMは、後の工程である犠牲層除去工程におけるエッチングガスからフォトダイオード1を保護するものである。
物理・化学センサの製造方法にかかる前記第1の実施形態においては、分子固定膜精製工程を最終工程としたが、この分子固定膜生成工程を最終工程とせず、センサ製造過程の途中に行うことも可能である。すなわち、製造方法にかかる第2の実施形態は、図11に示すように、膜部生成工程(図11(a))の終了後に、分子固定材料を積層する形態である(図11(b))。この場合においても、その後の工程において犠牲層をエッチングする(図11(c))こととなるから、分子固定膜4には、エッチング予定領域21,22の分子固定膜を除去している。そして、最後に、膜部2および分子固定膜4におけるエッチング予定領域21,22を被覆するのである(図11(d))。また、第3の実施形態は、図12に示すように、犠牲層除去工程(図12(b))の後に、分子固定膜4を積層する形態である(図12(c))。この場合、分子固定材料が中空部3の内部に堆積しそうであるが、犠牲層を小さくする場合、または、分子固定膜4が薄膜である場合には、ファブリペロー共振器としての機能に影響を与えることなく、膜部2の表面に分子固定膜4を積層し得るものである。
次に、物理・化学現象センシングデバイスの製造方法について説明する。図14および図15は、センシングデバイスの製造方法にかかる実施形態を示す図である。これらの図に示すように、製造方法の基本的な工程は、物理・化学センサの製造方法にかかる第1の実施形態と同様であり、物理・化学センサの作製と同時進行で、参照センサを作製することにより、センシングデバイスを製造するものである。
物理・化学現象センシングデバイスの製造方法においても分子固定膜生成工程を最終工程としないことができる。図16は、犠牲層除去工程前に分子固定膜を生成する場合の製造方法を示し、図17は、犠牲層除去工程後に分子固定膜を生成する場合の製造方法を示している。これらの図に示すように、分子固定膜生成工程において、検出用のセンサ側の膜部102に分子固定膜104を積層させる際には、同時に参照用のセンサ側の膜部202にも分子固定膜204を積層するのである(図16(b)および図17(c)参照)。このように両者について同時に成膜することによって、完成後の検出用および参照用の両センサは、中空部の存否のみが相違し、他の条件を同様にすることができるのである。そして、この場合の最後の工程としては、エッチング予定領域121,122を被覆して被覆部123,124を設けるエッチング予定領域封止工程とするのである(図16(d)および図17(d)参照)。
図18(a)は、物理・化学センサの変形例を示す図である。この図に示す変形例は、上述の物理・化学センサにかかる実施形態において、さらに、フォトダイオード1の受光面1aの表面にハーフミラー(第1の金属膜)10aを形成し、さらに、膜部2の表面にもハーフミラー(第2の金属膜)10bを形成するものである。このように、受光面1aの側および膜部2の側にハーフミラーを形成し、当該ハーフミラーによって中空部3を挟むことによって、当該中空部3における反射率が向上することとなる。従って、中空部3の内部における光の干渉の半値幅が狭くなることにより、膜部2の変位に対し、フォトダイオード側への光の透過率の変化が極端な状態となり、特定物質(分子等)の固定状態の測定を正確に行うことができることとなり得るものである。なお、この場合の膜部2の側のハーフミラー10bは物質(分子等)の固定能を有する材料を使用することにより、その表面において特定物質を固定し、その分子間力による膜部2の表面応力の変化を得ることができることとなる。また、前述したように、物理・化学センサにおいて、物質(分子等)の固定能を有する材料として金を使用する場合には、膜部2をハーフミラー(第2の金属膜)10bとして機能させることが可能である。この場合には、フォトダイオード1の受光面1aの側のみにハーフミラー10aを形成することにより、同種の効果を得ることが可能となる。
前記物理・化学センサの製造方法にかかる発明の第1の実施形態に基づき、物理・化学センサを作製した。本実施例では、最後の工程として、分子固定膜生成工程を設け、タンパク質を検出するためのタンパク質センサを作製している。また、犠牲層7としてポリシリコンを使用し、肉厚300nmの膜状に形成した。さらに、その表面に直径150μmのパリレンNによる膜部2を形成し、エッチング予定領域としては、膜部2の周辺部に4箇所設けた。膜部2の肉厚を350nmとした。ドライエッチングにより犠牲層7をエッチングにより除去した。なお、抗体固定膜としては、パリレンAMを蒸着法により積層した。
次に、上記実施例に記載の製造方法により作製したタンパク質センサを使用し、膜部2の撓み状態の検出について実験した。実験方法は、抗体固定膜4の表面に何も固定しない状態、生理食塩水で洗浄した状態、および、抗体固定膜4にウシ血清アルブミン(Bovine Serum Albumin:BSA)抗体を固定した状態の3形態について、フォトダイオードへ逆バイアス電圧を印加した時の光電流値の変化を測定した。具体的には、センサ表面を生理食塩水(リン酸緩衝生理食塩水、Phosphate Buffered Saline:PBS)で洗浄した後、BSA抗体を滴下し、37°Cの環境下で乾燥させ、再度PBSで洗浄した後乾燥させた。このとき、抗体固定膜4としてはパリレンAMを使用していることから、BSA抗体はパリレンAMのアミノ基と電気的に結合し、抗体固定膜4に固定されることとなる。なお、念のために、蛍光修飾したBSA抗体を使用し蛍光顕微鏡で確認したところ、BSA抗体が存在することを確認することができた。
次に、物理・化学現象センシングデバイスの具体的な実施例について説明する。前記物理・化学現象センシングデバイスにかかる発明の第1の実施形態に基づき、センシングデバイスを作製した。本実施例においても、最後の工程として、分子固定膜生成工程を設け、検出用のセンサはタンパク質を検出するためのタンパク質センサを作製している。検出用のセンサを作製するための犠牲層にはポリシリコンを使用し、肉厚300nmの膜状に形成し、その表面に直径200μmのパリレンCによる膜部を形成した。エッチング予定領域としては、膜部の周辺部の4箇所に微細な孔を複数形成した。膜部の肉厚は360nmとし、ドライエッチングにより犠牲層を除去した。なお、抗体固定膜としては、パリレンAMを蒸着法により積層した。参照用のセンサは、検出用のセンサと同様に、膜厚360nmのパリレンCを成膜し、その後パリレンAMを積層した。図26は、パリレンCを成膜した後(エッチング予定領域を被覆する前)の状態を光学顕微鏡により撮影した写真である。図中「MEMS Protein Sensor」とあるのは、タンパク質を検出するための検出用センサを示す。また、「Released parylene−C membrane」および「Fixed parylene」とあるのは、いずれもパリレンCを蒸着して成膜した部分であり、「Etching holes」とあるのは、微細に形成した複数のエッチング予定領域であり、「Al」は電極である。この図に示されているように、検出用のセンサが形成される領域と、参照用のセンサが形成される領域とが、同一基板上に並列に設けられており、その後、エッチング予定領域を被覆し、パリレンAMを蒸着することにより前述のセンシングデバイスが形成され得るものである。
次に、上記実施例で示した物理・化学現象センシングデバイスを使用し、参照用のセンサについての光透過率の変化を実験した。実験方法は、抗体固定膜の表面に何も固定しない状態、および、抗体固定膜にBSA抗体を固定した状態の2形態(両形態は検出用のセンサに使用した場合と同じ)について、フォトダイオードへ逆バイアス電圧を印加した時の光電流値の変化を測定した。また、特定波長(780nm)の光を照射する400μW/cm2の出力の光源を用いた場合のフォトダイオードの暗電流および光電流についてBSA抗体の滴下前後の値を測定した。この測定結果を図27に示す。なお、図中「Nothing」は初期状態、「PBS+anti−BSA」は生理食塩水での洗浄後にBSA抗体を滴下した状態を、それぞれ意味するものである。また、この図中の「Darkcurrent」は暗電流を、「Photocurrent」は光電流を示すが、暗電流および光電流のグラフは、BSA抗体滴下の前後の状態が重ねて表示されている。
さらに、検査用センサおよび参照センサを複数整列してなるセンサアレイと、さらに、ソースフォロア回路、デコーダおよびセレクタを単一基板上に形成してなるチップを作製した。図28は、その表面の状態を光学顕微鏡により撮影した写真である。なお、図中「MEMS protein sensor」とした領域は、タンパク質を検出するための検出用センサを4列に各3個整列させたアレイ部を示し、「Reference photo detector」とした領域は、参照センサを4列に各1個整列させたアレイ部を示す。この図に示すように、5mm×5mmの単一基板の表面には、縦横4×4個の合計16個のセンサを整列して作製されている。また、そのセンサのうち4個(各縦列の1個)を参照センサとすることができた。そして、1個のデコーダと4個のセレクタにより選択回路が形成され、個々のセンサの出力値がソースフォロア回路を経て出力されるように作製されている。このように微細なチップによって、複数の物質(分子)の吸着を同時に検出することが可能となり、参照センサによる光透過率の変化についても参照することが可能となった。
次に、ハーフミラーを形成した場合の物理・化学センサにおける光の透過率の変化について解析した。解析に使用したセンサは、図18(b)に示す形態であり、膜部2の表面に金属膜10bを成膜し、光の透過率を測定した。なお、この解析例では、フォトダイオードの受光面側には金属膜を設けないものとし、受光膜表面のシリコン酸化膜の膜厚を400nm、中空層を500nmとし、膜部(パリレンC)を500nmとしたものであり、当該膜部の表面に膜厚を変化させながらアルミニウムを積層する場合と、銀を積層する場合とについて透過光を測定した。この解析結果を図29に示す。
さらに、上記解析例1の結果に付加して膜部2の撓みについて解析した。この解析では、同様の構成のセンサについて、ハーフミラー(金属膜)として銀を30nmの膜厚で積層した場合の膜部の撓み(変位)と光の透過率の状態を測定した。その結果を図30(a)に示す。なお、参考のために、図30(b)には、ハーフミラー(金属膜)を設けていないセンサについて、同様の測定結果を示している。
最後に、ハーフミラー(金属膜)を膜部の表面のみに形成した場合(上記解析例1の形態)と、フォトダイオード側にも形成した場合(図18(a)に示す形態)との透過率について解析した。なお、いずれのハーフミラー(金属層)についても、銀を使用した場合と、金を使用した場合とで解析を行った。また、光源の波長は780nmとし、各金属層の膜厚については10nmごとに変化させ、形成されていないもの(図中0nm)から40nmまでについて行った。その結果を図31に示す。図の横軸はハーフミラーの膜厚を示し、縦軸は膜部が50nmに変位したときの透過率の変化を示している。なお、図中「Ag」とあるのは、銀によるハーフミラーを膜部側にのみ設けた場合を意味し、「Ag/Ag」とはるのは、膜部側およびフォトダイオード側の双方に銀のハーフミラーを設けた場合を意味する。また、「Au」とあるのは、膜部側にのみ金のハーフミラーを設けた場合を意味し、「Au/Au」とはるのは、膜部側およびフォトダイオード側の双方に金のハーフミラーを設けた場合を意味する。
〔物理化学センサについて〕
(1)受光素子の受光面の表面に、中空部を形成しつつ該受光面に対向して設けられた膜部を備え、前記膜部は、光透過性および可撓性を有し、前記受光面の表面とでファブリペロー共振器を形成するとともに、少なくとも外側表面に物質固定能を有している膜部であることを特徴とする物理・化学センサ。
(2)受光素子の受光面の表面に中空部を形成しつつ、該受光面に対向して設けられた膜部と、前記膜部の外側表面に積層され、気体または液体に含まれる分子を固定する分子固定膜とを備え、前記膜部は、光透過性および可撓性を有し、前記受光面の表面とともにファブリペロー共振器を形成する膜部であることを特徴とする物理・化学センサ。
(3)前記分子固定膜は、特定のガスに含まれる分子を固定する分子固定膜であることを特徴とする上記(2)に記載の物理・化学センサ。
(4)前記分子固定膜は、生体高分子を固定する生体高分子固定膜であることを特徴とする上記(2)に記載の物理・化学センサ。
(5)前記分子固定膜は、抗体を固定する抗体固定膜であることを特徴とする上記(2)に記載の物理・化学センサ。
(6)前記抗体固定膜は、アミノ基を有する材料で構成された抗体固定膜であることを特徴とする上記(5)に記載の物理・化学センサ。
(7)前記膜部がパリレンCまたはパリレンNで構成され、前記抗体固定膜がパリレンAMで構成されてなることを特徴とする上記(6)に記載の物理・化学センサ。
(8)上記(1)〜(7)において、さらに、前記膜部または分子固定膜もしくは抗体固定膜の表面の一部または全部に積層された金属膜を備えることを特徴とする物理・化学センサ。
(9)上記(1)〜(6)において、さらに、前記受光素子の受光面に積層された金属膜を備えることを特徴とする物理・化学センサ。
(10)前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする上記(1)〜(9)のいずれかに記載の物理・化学センサ。
(11)前記中空部は、少なくとも前記膜部の側において気密的または水密的に遮断されて形成されていることを特徴とする上記(1)〜(10)のいずれかに記載の物理・化学センサ。
(12)上記(1)〜(11)のいずれかに記載の物理・化学センサを使用するセンサアレイであって、前記物理・化学センサを同一基板上に複数形成してなることを特徴とするセンサアレイ。
(13)上記(12)において、さらに、前記基板は、前記物理・化学センサにより検出される信号を処理する処理回路を備えていることを特徴とするセンサアレイ。
(14)上記(13)において、さらに、前記基板は、複数の前記物理・化学センサに対し選択的に信号を入力する選択回路を備えていることを特徴とするセンサアレイ。
(15)上記(1)〜(11)のいずれかに記載の物理・化学センサを使用する物理・化学現象センシングデバイスであって、前記物理・化学センサと、参照センサとを備え、前記参照センサは、前記物理・化学センサに使用される受光素子と同種の受光素子を使用し、その受光面を露出してなる構成とした参照センサであることを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。
(16)上記(1)〜(11)のいずれかに記載の物理・化学センサを使用する物理・化学現象センシングデバイスであって、前記物理・化学センサと、参照センサとを備え、前記参照センサは、前記物理・化学センサに使用される受光素子と同種の受光素子の受光面の表面に、前記物理・化学センサに使用される膜部と同種の膜部を、中空部を形成することなく設けられた参照センサであることを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。
(17)前記物理・化学センサおよび前記参照センサは、同一基板上に形成されていることを特徴とする上記(15)または(16)に記載の物理・化学現象センシングデバイス。
(18)前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする上記(15)〜(17)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイス。
(19)同一基板上に複数の前記物理・化学センサおよび前記参照センサを1次元的または2次元的に整列してなるセンサアレイを形成する上記(15)〜(18)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスであって、前記物理・化学センサにより検出される信号を処理する処理回路を備えたことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。
(20)上記(19)において、さらに、前記センサアレイを形成する物理・化学センサおよび参照センサのうちいずれかに対し選択的に信号を入力する選択回路を備えていることを特徴とする物理・化学センシングデバイス。
(21)受光素子の受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、前記犠牲層の表面を除く領域に保護層を積層する保護層生成工程と、前記犠牲層の表面のうち、エッチング予定領域を除く膜部構成領域に膜部構成材料を堆積して膜部を生成する膜部生成工程と、前記エッチング予定領域を介して犠牲層をエッチングする犠牲層除去工程と、前記エッチング予定領域を被覆するエッチング予定領域封止工程と
を含むことを特徴とする物理・化学センサの製造方法。
(22)前記受光素子の受光面に、第1の金属膜構成材料を堆積して第1の金属膜を生成する第1の金属膜生成工程をさらに含み、前記犠牲層生成工程は、前記第1の金属膜構成材料の表面に犠牲層を生成する工程であることを特徴とする上記(14)に記載の物理・化学センサの製造方法。
(23)前記第1の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第1の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする上記(15)に記載の物理・化学センサの製造方法。
(24)上記(21)に記載の物理・化学センサの製造方法において、さらに、前記膜部構成材料の表面に分子固定材料を積層する分子固定膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学センサの製造方法。
(25)上記(21)〜(24)のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法において、さらに、前記膜部構成材料または分子固定材料の表面の一部または全部に第2の金属膜構成材料を堆積して第2の金属膜を生成する第2の金属膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学センサの製造方法。
(26)前記第2の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第2の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする上記(25)に記載の物理・化学センサの製造方法。
(27)前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜構成材料の表面に生体高分子固定材料を積層する生体高分子固定膜生成工程であることを特徴とする上記(24)〜(26)のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法。
(28)前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜構成材料の表面に抗体固定材料を積層する抗体固定膜生成工程であることを特徴とする上記(24)〜(26)のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法。
(29)前記膜部構成材料を堆積する工程は、パリレンNまたはパリレンCを蒸着させる工程であることを特徴とする上記(28)に記載の物理・化学センサの製造方法。
(30)前記分子固定膜生成工程は、パリレンAまたはパリレンAMを蒸着させる工程であることを特徴とする上記(28)または(29)に記載の物理・化学センサの製造方法。
(31)前記受光素子は、半導体作製プロセスにより作製されたフォトダイオードであることを特徴とする上記(21)〜(30)のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法。
(32) 同一基板上に作製された複数の受光素子を検出センサ用および参照センサ用の二種類に区分し、検出センサ用の受光素子の受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、前記犠牲層の表面および前記参照センサ用の受光素子の受光面を除く領域に、保護層を積層する保護層生成工程と、前記犠牲層の表面のうち、エッチング予定領域を除く膜部構成領域、および、前記参照センサ用の受光素子の受光面に、膜部構成材料を堆積して膜部を生成する膜部生成工程と、前記エッチング予定領域を介して犠牲層をエッチングする犠牲層除去工程と、前記エッチング予定領域を被覆するエッチング予定領域封止工程とを含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(33) 前記検出センサ用の受光素子の受光面に、第1の金属膜構成材料を堆積して第1の金属膜を生成する第1の金属膜生成工程をさらに含み、前記犠牲層生成工程は、検出センサ用の受光素子の受光面に堆積した前記第1の金属膜構成材料の表面に犠牲層を生成する工程であることを特徴とする上記(32)に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(34) 前記第1の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第1の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする上記(33)に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(35) 上記(32)に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法において、さらに、前記膜部構成材料の表面に分子固定材料を積層する分子固定膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(36) 上記(32)〜(35)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法において、さらに、前記検出センサ用の受光素子に生成させた前記膜部または分子固定膜の表面の一部または全部に第2の金属膜構成材料を堆積して第2の金属膜を生成する第2の金属膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(37) 前記第2の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第2の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする上記(36)に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(38) 前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜生成材料の表面に生体高分子固定材料を積層する生体高分子固定膜生成工程であることを特徴とする上記(35)〜(37)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(39) 前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜生成材料の表面に抗体固定材料を積層する抗体固定膜生成工程であることを特徴とする上記(35)〜(37)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(40) 上記(35)〜(39)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法において、さらに、前記参照センサ用の受光素子の受光面に堆積または積層した前記膜部構成材料および分子固定材料を除去する工程を含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(41) 前記膜部構成材料を堆積する工程は、パリレンNまたはパリレンCを蒸着させる工程であることを特徴とする上記(39)または(40)に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(42) 前記分子固定膜生成工程は、パリレンAまたはパリレンAMを蒸着させる工程であることを特徴とする上記(39)〜(41)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
(43) 前記受光素子は、半導体作製プロセスにより作製されたフォトダイオードであることを特徴とする上記(32)〜(42)のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
1a,101a,201a 受光領域
2,102,202 膜部
3,103,203 中空部
4,104,204 分子固定膜(抗体固定膜)
4a,104a,204a 膜部表面(外側表面)
5,6,105,106,205,206 電極
7,107 犠牲層
8,108,208 積層部
9,109,209 シリコン酸化膜
10a,310a,410a ハーフミラー(第1の金属膜)
10b,310b,410b ハーフミラー(第2の金属膜)
21,22,121,122 エッチング予定領域
23,24,123,124 被覆部
100,300 検出センサ
200,400 参照センサ
A 抗体
P 抗原
L 光源
B 基板
PM 保護膜
M1 MOSFET領域
M5,M6 電極
M8 絶縁層(ポリシリコン)
X,X1,X2,X3,X4 センサ
Y,Y1,Y2,Y3,Y4 処理回路
Z 選択回路
Claims (43)
- 受光素子の受光面の表面に、中空部を形成しつつ該受光面に対向して設けられた膜部を備え、
前記膜部は、光透過性および可撓性を有し、前記受光面の表面とでファブリペロー共振器を形成するとともに、少なくとも外側表面に物質固定能を有している膜部であることを特徴とする物理・化学センサ。 - 受光素子の受光面の表面に中空部を形成しつつ、該受光面に対向して設けられた膜部と、
前記膜部の外側表面に積層され、気体または液体に含まれる分子を固定する分子固定膜とを備え、
前記膜部は、光透過性および可撓性を有し、前記受光面の表面とともにファブリペロー共振器を形成する膜部であることを特徴とする物理・化学センサ。 - 前記分子固定膜は、特定のガスに含まれる分子を固定する分子固定膜であることを特徴とする請求項2に記載の物理・化学センサ。
- 前記分子固定膜は、生体高分子を固定する生体高分子固定膜であることを特徴とする請求項2に記載の物理・化学センサ。
- 前記分子固定膜は、抗体を固定する抗体固定膜であることを特徴とする請求項2に記載の物理・化学センサ。
- 前記抗体固定膜は、アミノ基を有する材料で構成された抗体固定膜であることを特徴とする請求項5に記載の物理・化学センサ。
- 前記膜部がパリレンCまたはパリレンNで構成され、前記抗体固定膜がパリレンAMで構成されてなることを特徴とする請求項6に記載の物理・化学センサ。
- さらに、前記膜部または分子固定膜もしくは抗体固定膜の表面の一部または全部に積層された金属膜を備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の物理・化学センサ。
- さらに、前記受光素子の受光面に積層された金属膜を備えることを特徴とする請求項1ないし6および8のいずれかに記載の物理・化学センサ。
- 前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の物理・化学センサ。
- 前記中空部は、少なくとも前記膜部の側において気密的または水密的に遮断されて形成されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の物理・化学センサ。
- 請求項1ないし11のいずれかに記載の物理・化学センサを使用するセンサアレイであって、前記物理・化学センサを同一基板上に複数形成してなることを特徴とするセンサアレイ。
- さらに、前記基板は、前記物理・化学センサにより検出される信号を処理する処理回路を備えていることを特徴とする請求項12に記載のセンサアレイ。
- さらに、前記基板は、複数の前記物理・化学センサに対し選択的に信号を入力する選択回路を備えていることを特徴とする請求項13に記載のセンサアレイ。
- 請求項1ないし11のいずれかに記載の物理・化学センサを使用する物理・化学現象センシングデバイスであって、
前記物理・化学センサと、参照センサとを備え、
前記参照センサは、前記物理・化学センサに使用される受光素子と同種の受光素子を使用し、その受光面を露出してなる構成とした参照センサであることを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。 - 請求項1ないし11のいずれかに記載の物理・化学センサを使用する物理・化学現象センシングデバイスであって、
前記物理・化学センサと、参照センサとを備え、
前記参照センサは、前記物理・化学センサに使用される受光素子と同種の受光素子の受光面の表面に、前記物理・化学センサに使用される膜部と同種の膜部を、中空部を形成することなく設けられた参照センサであることを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。 - 前記物理・化学センサおよび前記参照センサは、同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項15または16に記載の物理・化学現象センシングデバイス。
- 前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする請求項15ないし17のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイス。
- 同一基板上に複数の前記物理・化学センサおよび前記参照センサを1次元的または2次元的に整列してなるセンサアレイを形成する請求項15ないし18のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスであって、
前記物理・化学センサにより検出される信号を処理する処理回路を備えたことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。 - さらに、前記センサアレイを形成する物理・化学センサおよび参照センサのうちいずれかに対し選択的に信号を入力する選択回路を備えていることを特徴とする請求項19に記載の物理・化学センシングデバイス。
- 受光素子の受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、
前記犠牲層の表面を除く領域に保護層を積層する保護層生成工程と、
前記犠牲層の表面のうち、エッチング予定領域を除く膜部構成領域に膜部構成材料を堆積して膜部を生成する膜部生成工程と、
前記エッチング予定領域を介して犠牲層をエッチングする犠牲層除去工程と、
前記エッチング予定領域を被覆するエッチング予定領域封止工程と
を含むことを特徴とする物理・化学センサの製造方法。 - 前記受光素子の受光面に、第1の金属膜構成材料を堆積して第1の金属膜を生成する第1の金属膜生成工程をさらに含み、前記犠牲層生成工程は、前記第1の金属膜構成材料の表面に犠牲層を生成する工程であることを特徴とする請求項21に記載の物理・化学センサの製造方法。
- 前記第1の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第1の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする請求項22に記載の物理・化学センサの製造方法。
- 請求項21に記載の物理・化学センサの製造方法において、さらに、前記膜部構成材料の表面に分子固定材料を積層する分子固定膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学センサの製造方法。
- 請求項21ないし24のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法において、さらに、前記膜部構成材料または分子固定材料の表面の一部または全部に第2の金属膜構成材料を堆積して第2の金属膜を生成する第2の金属膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学センサの製造方法。
- 前記第2の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第2の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする請求項25に記載の物理・化学センサの製造方法。
- 前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜構成材料の表面に生体高分子固定材料を積層する生体高分子固定膜生成工程であることを特徴とする請求項24ないし26のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法。
- 前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜構成材料の表面に抗体固定材料を積層する抗体固定膜生成工程であることを特徴とする請求項24ないし26のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法。
- 前記膜部構成材料を堆積する工程は、パリレンNまたはパリレンCを蒸着させる工程であることを特徴とする請求項28に記載の物理・化学センサの製造方法。
- 前記分子固定材料を積層する工程は、パリレンAまたはパリレンAMを蒸着させる工程であることを特徴とする請求項28または29に記載の物理・化学センサの製造方法。
- 前記受光素子は、半導体作製プロセスにより作製されたフォトダイオードであることを特徴とする請求項21ないし30のいずれかに記載の物理・化学センサの製造方法。
- 同一基板上に作製された複数の受光素子を検出センサ用および参照センサ用の二種類に区分し、検出センサ用の受光素子の受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、
前記犠牲層の表面および前記参照センサ用の受光素子の受光面を除く領域に、保護層を積層する保護層生成工程と、
前記犠牲層の表面のうち、エッチング予定領域を除く膜部構成領域、および、前記参照センサ用の受光素子の受光面に、膜部構成材料を堆積して膜部を生成する膜部生成工程と、
前記エッチング予定領域を介して犠牲層をエッチングする犠牲層除去工程と、
前記エッチング予定領域を被覆するエッチング予定領域封止工程と
を含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。 - 前記検出センサ用の受光素子の受光面に、第1の金属膜構成材料を堆積して第1の金属膜を生成する第1の金属膜生成工程をさらに含み、前記犠牲層生成工程は、検出センサ用の受光素子の受光面に堆積した前記第1の金属膜構成材料の表面に犠牲層を生成する工程であることを特徴とする請求項32に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 前記第1の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第1の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする請求項33に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 請求項32に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法において、さらに、前記膜部構成材料の表面に分子固定材料を積層する分子固定膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 請求項32ないし35のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法において、さらに、前記検出センサ用の受光素子に生成させた前記膜部または分子固定膜の表面の一部または全部に第2の金属膜構成材料を堆積して第2の金属膜を生成する第2の金属膜生成工程を含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 前記第2の金属膜生成工程は、金属膜構成材料をスパッタ法または蒸着法により前記第2の金属膜構成材料を堆積するものであることを特徴とする請求項36に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜生成材料の表面に生体高分子固定材料を積層する生体高分子固定膜生成工程であることを特徴とする請求項35ないし37のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 前記分子固定材料を積層する工程は、前記膜部構成材料または第2の金属膜生成材料の表面に抗体固定材料を積層する抗体固定膜生成工程であることを特徴とする請求項35ないし37のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- さらに、前記参照センサ用の受光素子の受光面に堆積または積層した前記膜部構成材料および分子固定材料を除去する工程を含むことを特徴とする請求項35ないし39のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 前記膜部構成材料を堆積する工程は、パリレンNまたはパリレンCを蒸着させる工程であることを特徴とする請求項39または40に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 前記分子固定材料を積層する工程は、パリレンAまたはパリレンAMを蒸着させる工程であることを特徴とする請求項39ないし41のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
- 前記受光素子は、半導体作製プロセスにより作製されたフォトダイオードであることを特徴とする請求項32ないし42のいずれかに記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
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